醋酸乙烯-乙烯改性抹灰砂浆早期干燥收缩分析

为缓解抹灰砂浆的早期干燥收缩,本文采用醋酸乙烯-乙烯(VAE)改性抹灰砂浆,通过正交试验探究了VAE、水胶比、粉煤灰、重钙对水泥砂浆早期干燥收缩的影响规律,采用灰色关联度分析了各因素对早期干燥收缩的影响程度,并采用核磁共振技术从细观尺度分析了VAE改性抹灰砂浆的孔隙结构分布。结果表明:各因素对砂浆早期干燥收缩影响程度由大到小依次为水胶比、VAE掺量、重钙掺量、粉煤灰掺量,并且最优组合为水胶比0.45、VAE掺量3%(质量分数,下同)、重钙掺量0%、粉煤灰掺量20%;VAE掺量在3%左右时,砂浆“三峰”峰值均有所降低,横向弛豫时间T_(2)谱积分面积最小,减少了有害孔和多害孔数量,此时砂浆孔结构分布均匀、形态复杂;VAE影响下砂浆的早期干燥收缩值与孔隙结构分形维数呈负相关函数,孔隙尺寸分布越均匀,形态越复杂,砂浆抵抗早期干燥收缩性能越强;实际工程中可以通过调节水胶比、VAE掺量控制砂浆的早期干燥收缩,通过调节粉煤灰、重钙掺量控制成本投入。

低温环境下硅灰改性煤矸石混凝土孔隙结构演变

针对低温环境下煤矸石混凝土服役寿命短的问题,本文采用内掺硅灰(SF)的改性方法,对不同水胶比(0.45、0.35、0.25)和SF掺量(0%、5%、10%、15%,质量分数)的煤矸石混凝土试件进行冻融循环试验和核磁共振试验,测试各组试件质量损失率、相对动弹性模量和孔隙结构分布,并分析冻融循环作用下孔隙结构演变对煤矸石混凝土抗冻耐久性的影响。结果表明:经50次冻融循环后,煤矸石混凝土的质量损失率由负转正,水胶比为0.25的试件逐渐发生碱-骨料反应,经75次冻融循环后,SF使相对动弹性模量提高了13.60%~62.98%,掺入SF可以改善煤矸石混凝土的质量损失率、相对动弹性模量及抑制碱-骨料破坏;在冻融过程中胶凝孔(r≤0.01μm)和细毛细孔(0.01μm<r≤0.05μm)逐渐转变为粗毛细孔(0.1μm<r≤10μm),粗毛细孔数量是决定冻融破坏是否发生的主要因素,SF掺入后延缓了粗毛细孔增加速率,提高了煤矸石混凝土的抗冻耐久性;建立了基于宏观尺度(相对动弹性模量)与细观尺度(不同孔径积分面积)的冻融损伤模型,考虑不同孔径的细观尺度冻融损伤模型同样适用于煤矸石混凝土,并且当水胶比为0.35、SF掺量为10%时,煤矸石混凝土可在西北地区低温环境下服役4 714 d。

煤矸石混凝土静态抗压破坏机理及强度预测

为厘清煤矸石混凝土静态抗压强度变化规律和破坏机理,采用试验研究与模型预测相结合的方式,揭示煤矸石混凝土破坏过程、破坏形态、尺寸效应及水灰比对抗压强度的影响规律,剖析水灰比与抗压强度之间的数理关系,利用灰色理论建立GM(1,1)模型预测煤矸石混凝土抗压强度。结果表明:煤矸石具有大多数黏土岩的特性,即干燥时强度良好,浸水后易发生崩解;煤矸石混凝土的破坏可分为3个阶段(裂缝生成阶段、裂缝发展扩大阶段、混凝土破坏阶段)、3种形态(粗骨料破坏、黏结破坏、水泥石破坏,且以粗骨料破坏为主);当水灰比由0.60降至0.25时,煤矸石混凝土抗压强度提高了2.67%~18.50%,满足C15、C20、C25、C304个强度等级;由于煤矸石物理性质差,混凝土界面过渡区充斥大量微裂缝与孔洞,导致煤矸石混凝土尺寸效应强于普通混凝土;GM(1,1)模型预测值与实测值基本吻合,预测模型精度等级为1级。灰色理论可以有效预测煤矸石混凝土强度增长规律,煤矸石混凝土在实际应用前可采用灰色模型预测抗压强度。

循环荷载作用下加筋土路基动力响应研究

为明确模块面板式加筋土路基在顶面循环荷载作用下的受力变形规律与机制,以延安市某加筋土路基工程为背景,开展动三轴试验,关注不同荷载强度下试样动应力、动应变等多项指标的演化趋势,同时搭建加筋土路基数值模型并完成计算,明确路基水平沉降与面板侧向位移的潜在规律,进而探讨循环荷载作用下加筋土路基工程的动力响应机制。认知如下:在循环荷载的参与下,累积轴向塑性应变随加载次数的增加呈增长趋势,即先快速增大,随后趋缓,最后稳定;塑性应变曲线形态不一,呈“宽胖型”与“陡峻型”并存的态势;Monismith模型和改进Monismith模型均可较好表达累积轴向塑性应变与循环次数的内在联系,但改进Monismith模型更为理想,动应力幅值越大,试样变形稳定所需加载次数越多;路基沉降和面板水平变形随着荷载强度的增加而增大,但所据位置较为稳定,其中峰值路基沉降始终处于载荷外侧处,峰值水平变形则位于0.36~0.43 h区间。

水泥稳定煤矸石路面基层补充定额编制

为了能有效控制水泥稳定煤矸石混合料的造价,填补陕西省现行公路工程定额中的缺项,以水泥稳定煤矸石路面基层工程项目为依托,研究了水泥稳定煤矸石路面基层技术特点及施工工艺,合理划分补充定额子目,实测了施工过程中的工作内容及人、材、机的消耗量定额,运用拉依达准则和线性插值法识别并修正实测数据中的粗大误差,计算汇总,编制出水泥稳定煤矸石路面基层补充定额,并进行成果测算分析。结果表明,编制的补充定额均处于合理水平,可作为水泥稳定煤矸石路面基层施工的计价依据。研究成果可为陕西省乃至全国范围内水泥稳定煤矸石路面基层项目的预算定额编制提供依据。

高精砌块专用抹面聚合物水泥砂浆配合比设计

高精度蒸压加气混凝土砌块(高精砌块)与专用抹面砂浆的结合在一定程度上可以减少抹灰面厚度,有助于高效实现建材行业碳达峰、碳中和目标。为了探究最优砂浆配合比,从材料组成设计出发,利用粉煤灰、生石灰、重钙等低碳低成本材料和VAE替代部分水泥配制高精砌块专用抹面聚合物水泥砂浆。根据不同材料与不同掺量设计五因素四水平的正交试验,并对保水性试验、收缩性试验、抗冻性试验结果进行分析,确定水胶比为0.45、粉煤灰掺量为20%、生石灰掺量为3%、重钙掺量为9%、VAE掺量为3%。最终确定了专用抹面砂浆的最优配合比,即水、水泥、粉煤灰、生石灰、重钙、VAE、砂、空心漂珠、羟丙基甲基纤维素、淀粉醚的质量比为450∶620∶200∶30∶90∶30∶1800∶200∶4∶1;根据此配合比配制的聚合物水泥砂浆,当砂浆厚度仅为4 mm时,通过14 d拉伸粘结强度试验测得的砂浆强度便可满足现行规范的要求。

改性氯氧镁水泥集料及自融雪性能

为提高蓄盐集料的缓释融雪性能对于沥青混凝土路面的除冰能力,选用改性氯氧镁水泥作为蓄盐载体,通过改性处理、组成变化、压碎值、接触角以及电导率测试,筛选出防水性能优、抗压强度高、盐分缓释性能佳的的新型蓄盐集料;制备新型蓄盐集料替换细集料不同比率(0%,10%,15%,20%)的沥青混凝土,通过融雪盐缓释性能试验、冰点试验、融冰速率试验、融雪效果测试、高温稳定性、低温抗裂性能以及水稳定性测试,优选综合性能优良的蓄盐沥青混凝土。结果表明当蓄盐集料替换率为15%时,蓄盐沥青混凝土的各项性能均符合沥青混凝土路用性能要求,沥青混凝土冰点为-5℃,融冰速率为352 g/(h·m~2),具有良好的除冰融雪性能。经5 a雨水量冲刷后,蓄盐沥青混凝土仍具有良好的盐分缓释效果,可实现蓄盐沥青混凝土融雪除冰功能的长效性。

考虑时间因素的加筋土应力-应变关系

加筋土结构在工程行业有着广泛的应用,但是加筋材料的蠕变特性带来了很多的工程问题。当前虽然已有考虑加筋材料蠕变对加筋土变形影响的研究,但考虑的因素依旧不够全面,鉴于此进行了考虑筋土相对位移与时间因素的加筋复合材料应力应变关系的推导。基于自洽理论推导了加筋复合材料中筋土微观应变比例关系的计算方法,并将该式应用到了考虑时间因素的加筋复合材料应力-应变关系推导当中,得出了加筋复合材料水平应变表达式,确定了影响变形发展速度和最终变形量的关键参数。随后选取一实例对该公式进行了规律分析。研究表明加筋材料和填料微观应变比值只与填料和加筋材料的泊松比、弹性模量和体积占比有关,且在性质相同的填料中埋入的加筋材料弹性模量越大,该比值越小;筋材的粘滞系数决定了应变的发展速度,参量(E 1+E 2)/E 1E 2和进入塑性变形时的应力水平共同决定了稳定后的变形值,因此在选择加筋材料时,应当进行蠕变试验选取参量较小的材料;加筋材料的蠕变对加筋体变形的影响非常显著,且水平应变主要产生在塑性变形阶段,其随时间的发展逐渐增大,但增长速率逐步放缓,最后趋于稳定,在设计选材及变形计算中应当尤为注意这一点。

干湿循环作用下古土壤细微观结构及宏观力学性能变化规律研究

为了明确天然及干湿循环状态古土壤的细微观特性及力学性质变化情况,揭示细微观结构变化与宏观力学性质的相关关系,并区分古土壤与黄土间存在的差异性。基于此,从银西高铁早胜三号隧道取古土壤试样,分别利用X射线衍射、扫描电镜及核磁共振技术,从矿物成分、孔隙特征、接触形式及弛豫时间等几方面对不同条件下古土壤的细微观特征及力学特性进行了系统研究,并同黄土的已有研究成果进行了对比。认为:古土壤主要以石英、长石、方解石等矿物为主,在微观层面表现出凝块、集粒发育,以间接接触、面–面接触为主,微小孔隙占比较大,颗粒趋于类圆形,分布相对集中的特点。而在细观层面核磁共振结果表现为反演良好、三峰分布、一主两次的T2谱分布形式;但随着干湿循环的进行,粒间接触形式由面–面接触逐渐过渡为边–面接触,最后发展为边–边或点–面的形式。同时,微小孔隙所占比例逐渐减少,大中孔隙含量逐渐增加,颗粒丰度值不断增加,分形维数逐渐减小。在细观尺度上,T2谱主峰仍占到绝大多数,且随着循环次数增加,图谱峰值大致增加,谱图不断右移,谱面积逐渐增大,与循环次数呈现良好的相关关系。同时,微、细、宏观相互作用使得土体黏聚力、内摩擦角随干湿循环的进行表现出负相关关系,而无荷膨胀率则表现出一定的正相关;将试验结果与黄土试验结果对比,发现古土壤中石英含量较少,伊利石含量较多,方解石含量最多;微孔隙所占比例较大,小孔隙比例较小,大中孔隙含量相当;颗粒分布相对集中,形状趋于圆形。